Фгбоу во тверской гму минздрава России. Фгбоу во тверской гму минздрава России

ФГБОУ ВО Тверской ГМУ Минздрава России

 

Кафедра биохимии с курсом КЛД ФДПО, интернатуры и ординатуры

 

 

Ситуационные задачи по биохимии

Задачник с ответами

2-е издание, дополненное и переработанное

 

 

Тверь 2020 J

I. СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ

I.1. Модуль 1. Химия и функции белков

1

Гистоны представляют собой небольшие по молекулярной массе основные белки, связывающиеся с ДНК в хроматине. Они положительно заряжены и взаимодействуют с отрицательно заряженными молекулами ДНК.

А. Какие аминокислоты могут сформировать при рН клетки (ядра) положительный заряд гистонов. Напишите их формулы.

Б. Опишите первичную и вторичную структуру ДНК.            

При рН 7,0 большинство аминокислот существует в виде биполярных ионов

⁺ H ₃ N - CH - COO ^-

│

R

А. Назовите аминокислоты, имеющие при  рН 7,0 дополнительный отрицательный заряд, и напишите их формулы в ионизированной форме.

Б. Назовите аминокислоты, имеющие при рН 7,0 дополнительный положительный заряд, и напишите их формулы в ионизированной форме.

Неполярные (гидрофобные)

К неполярным (гидрофобным) относятся аминокислоты с неполярными R-группами и одна серусодержащая аминокислота:

— алифатические: аланин, валин, лейцин, изолейцин

— ароматические: фенилаланин, триптофан.

— серусодержащие: метионин

— иминокислота: пролин.

2. полярные (гидрофильные):

К ним относятся аминокислоты, содержащие:

— полярную ОН-группу (оксиаминокислоты): серин, треонин и тирозин

— HS-группу: цистеин

— амидную группу: глутамин, аспарагин

— и глицин (R-группа глицина, представленная одним атомом водорода, слишком мала, чтобы компенсировать сильную полярность a-аминогруппы и a-карбоксильной группы).

 Заряженные отрицательно при рН-7 (кислые)

Аспарагиновая и глутаминовая кислоты относятся к отрицательно заряженным аминокислотам. Они содержат по две карбоксильные и по одной аминогруппе, поэтому в ионизированном состоянии их молекулы будут иметь суммарный отрицательный заряд.

 Заряженные положительно при рН-7 (основные)

К положительно заряженным аминокислотам принадлежат лизин, гистидин и аргинин. В ионизированном виде они имеют суммарный положительный заряд

Незаряженные гидрофильные аминокислоты (глицин, треонин, цистеин, тирозин, серин, аспарагин, глутамин).

Содержат такие полярные функциональные группы как гидроксильная, сульфгидрильная и амидогруппа. При сближении в пространстве радикалы этих аминокислот образуют водородные связи. Связанные дисульфидной связью два остатка цистеина называют цистином. 

3

При употреблении большого количества сырого яичного белка может развиться (особенно у детей) гиповитаминоз биотина, сопровождающийся специфическим дерматитом (болезнь Свифта). Это объясняется тем, что в сырых яйцах содержится гликопротеин - авидин. В желудочно-кишечном тракте авидин образует нерастворимый комплекс с биотином.

А. Почему вареные яйца такого эффекта не вызывают?

Ответ проиллюстрируйте схемами.

Б. Что такое электрофорез белков крови? Опишите принцип метода.

Высаливание – один из методов фракционирования белков.

А. Выделите физико-химические свойства белков, нарушение которых при повышении концентрации солей приведет к выпадению в садок:

  1. суммарный заряд                        3. размер белковых молекул

  2. степень гидратации белков        4. форма белковых молекул

А. Регулировать биологическую активность белков в организме человека?

Б. Вызывать денатурацию белка?

    1. Изменение температуры.

    2. Взаимодействие с лигандами (субстратами, эффекторами - регуляторами, кофакторами).

    3. Отщепление части пептидной цепи при действии протеолитических ферментов.

    4. Изменение рН.    

    5. Изменение химической модификации белков (присоединение фосфатной, метильной или ацетильной групп к молекуле белка).

    6. Действие солей тяжелых металлов.

Белок имеет ИЭТ - 4,7.

А. Электрофорез

В. Диализ

С. Высаливание

       1. Метод, используемый для очистки белка от соли

       2. Метод, основанный на различиях в растворимости белков

В. Опишите структуру ДНК.

В. Опишите функции мРНК.

Кислородом

100%

   

                    HbF

  

                                   HbA

50%

               

                                                                             парциальное

                     20  40  60  80 100  давление О₂

Пируваткарбоксилаза.

Кислота                                                               кисло та

          

                                                    СО₂

Кофермент карбоксилаз

I    II    III

E+S  ES  ES*  P+E

Сукцинатдегидрогеназа (СДГ) дегидрирует сукцинат, превращая его в фумарат

COOH          COOH

Стр 122

А. КК относится к классу трансфераз. Мололекула КК – димер, состоящий из субъединиц 2 типов: М(мышца) и В(мозг). Из этих субъединиц образуются 3 изофермента – ВВ, МВ, ММ. Изофермент ВВ находится преимущественно в головном мозге. ММ – в скелетных мышцах и МВ – в сердечной мышце. Изоформы КК имеют разную электрофоретическую подвижность.

Б.Фермент КК представлен 3 изоферментами, различающимися по электрофоретической подвижности:

ВВ - мозговой изофермент, отражающий патологию клеток головного мозга

МВ - сердечный изофермент, изменяющийся при повреждении клеток миокарда

ММ - мышечный изофермент, находящийся в скелетных мышцах

 

В.Креатин киназа является ферментом клеточного метаболизма. Активность МВ-изоформы (также повышается и общая креатинфосфокиназа) в сыворотке крови повышается при инфаркте миокарда. Её повышение (МВ-изоформы) отмечается уже через 2-4 часа после острого болевого приступа; возврат показателя к норме происходит достаточно быстро (на 3-6 сутки), поэтому определение общей креатинкиназы в крови в более поздние сроки для диагностики инфаркта миокарда малоинформативно. Повышение активности креатинкиназы нередко наблюдается и при острых миокардитах, однако является не столь выраженным и держится значительно дольше, чем при инфаркте. Активность ММ-формы в сыворотке повышается при прогрессирующей мышечной дистрофии, при нарушениях скелетных мышц. Высокая активность общей креатинкиназы нередко встречается при травматических повреждениях и заболеваниях скелетных мышц (например, при прогрессирующей мышечной дистрофии, миопатии, дерматомиозите), а также при некоторых заболеваниях головного мозга, после хирургических операций, приема больших доз психотропных препаратов и алкоголя, при любых видах шока, гипотиреозе. Снижение уровня креатинкиназы часто выявляется при тиреотоксикозе (повышенный выброс гормонов щитовидной железы). Изоформа ВВ не может проникать через гематоэнцефалический барьер, поэтому в крови практически не определяется и диагностического значения не имеет.

В результате неферментного дефосфорилирования, главным образом в мышцах, креатинфосфат превращается в креатинин, выводимый с мочой. Суточное выделение креатинина у каждого индивидуума постоянно и пропорционально общей массе.

Г. Креатинфосфат – макроэргическое соединение, которое накапливается в мышечной и нервной ткани и служит резервной формой энергии. Креатинфосфат активно используется в работающей мышце. Креатинфосфат обеспечивает ресинтез АТФ в первые секунды работы (5-10 сек), когда ни анаэробный гликолиз, ни аэробное окисление глюкозы и жирных кислот

еще не активировано, и кровоснабжение мышцы не увеличено. В клетках нервной ткани креатинфосфат поддерживает жизнеспособность клеток при отсутствии кислорода. Также Креатинфосфат совместно с АТФ постоянно присутствуют в мозговой ткани и в случае прекращения доступа кислорода мозг может «просуществовать» немногим более минуты за счет резерва лабильных фосфатов.

Д.

1. аргинин + глицин                              гуанидинацетат + орнитин

Е₁ - глицинамидинотрансфераза

В почках образуется гуанидинацетат при действии глицинамидинотрансферазы. Далее реакции переходят в печени.

2. гуанидинацетат + S-аденозилметионин                   креатин +  

S-аденозилгомоцистеин

Е₂ – гуанидинацетатметилтрансфераза

Реакция идет в печени. Гуанидинацетат траспортируется в печень, где происходит реакция метилирования с образованием креатина.

3.Далее креатин с током крови переносится в мышцы и клетки мозга, где из него образуется высокоэнергетическое соединение креатинфосфат. Эта реакция легко обратима и катализируется креатинкиназой.

40

Рассмотрите реакции и укажите:

А. Класс ферментов (Е₁,Е₂) и их название;

Б. Найдите по метаболической карте и опишите структуру витамина, входящего в состав кофермента; опишите структуру кофермента и тип реакций, катализируемый им;

 В. Опишите функцию кофермента в реакциях и расшифруйте аббревиатуру НАД⁺  и  НАДН;

Г. Назовите процесс, в котором принимают участие данные реакции, укажите его значение;

СООН                                     СООН

                                              

СН – ОН                                 С=О

                             Е₁         

СН₂       + НАД⁺                            СН₂       + НАДН + Н⁺

                                              

СООН                                     СООН

СООН                                               СООН

                                                             

СН₂                                                               СН₂

                                        Е₂            

СН-СООН + НАД⁺                                  СН-СООН  + НАДН + Н⁺

                                                             

СН-ОН                                                   С = О

½ 

СООН                                                   СООН

А. Оксиредуктазы (малатдегидрогеназа, изоцитратдегидрогеназа);

Оксидоредуктазы

Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные реакции и подразделяются на 5 основных подклассов:

- оксидазы;

- аэробные дегидрогеназы;

- анаэробные дегидрогеназы;

- гидропероксидазы;

- оксигеназы.

Аэробные дегидрогеназы. Катализируют удаление водорода из субстрата, используя в качестве акцептора водорода не только кислород, но и искусственные акцепторы (например, метиленовый синий). Эти дегидрогеназы относятся к флавопротеинам.В результате реакции образуется пероксид водорода, а не вода.

В качестве кофермента дегидрогеназы содержат ФАД (флавинаденин-динуклеотид) или ФМН (флавинмононуклеотид). Многие флавопротеиновые ферменты содержат несколько ионов металлов.

К ферментам группы аэробных дегидрогеназ относятся: дегидрогеназа L-аминокислот (оксидаза L-аминокислот), катализирующая окислительное дезаминирование природных L-аминокислот, и ксантиндегидрогеназа (ксантиноксидаза), катализирующая окисление ксантина в мочевую кислоту. Молибденсодержащий фермент ксантиноксидаза играет важную роль в катаболизме пуриновых оснований.

Анаэробные дегидрогеназы. Катализируют удаление водорода из субстрата, но не способны использовать кислород в качестве акцептора.

Анаэробные дегидрогеназы подразделяются в зависимости от природы кофермента на несколько групп.

НАД+-зависимые (пиридинзависимые, первичные) дегидрогеназы, содержащие в качестве кофермента НАД+ или НАДФ+. В общем случае НАД+-зависимые дегидрогеназы катализируют окислительно-восстановительные реакции специфических (например, гликолиза) и общих путей катаболизма (например, цикла Кребса, дыхательной цепи).

Примером НАД+-зависимых дегидрогеназ могут служить лактатдегидрогеназа, алкогольдегидрогеназа, глутаматдегидрогеназа и др. ФАД- и ФМН- зависимые анаэробные дегидрогеназы (флавин-зависимые дегидрогеназы). Первичные флавинзависимые дегидрогеназы переносят восстановительные эквиваленты от субстрата непосредственно на дыхательную цепь. К ним относятся, например, сукцинатдегидрогеназа (СДГ), ацил-КоА-дегидрогеназа и митохондриальная глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа.

Малатдегидрогеназа — фермент, катализирующий окислительно-восстановительное превращение малата и оксалоацетата, а также окислительное декарбоксилирование малата до пирувата; активность фермента в сыворотке крови используется в рвачестве вспомогательного диагностического теста при ряде заболеваний, главным образом заболеваний сердечно-сосудистой системы и печени.

Изоцитратдегидрогеназа-катализирует третью реакцию в цикле Кребса, превращение изоцитрата в α-кетоглутарат. ходе изоцитратдегидрогеназной реакции изолимонная кислота одновременно декарбоксилируется. НАД-зависимая изоцитратдегидрогеназа является аллостерическим ферментом, которому в качестве специфического активатора необходим АДФ. Кроме того, фермент для проявления своей активности нуждается в ионах Mg2+ или Мn2+.

Б. Витамин В5, (РР). Амид никотиновой кислоты;

Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, ниацин) получил также название антипеллагрического витамина (от итал. preventive pellagra – предотвращающий пеллагру), поскольку его отсутствие является причиной заболевания, называемого пеллагрой.

Молекула НАД представляет собой своеобразный динуклеотид, построенный из аденинрибонуклеотида и никотинамидрибонуклеотида — каталитически активной группировки. Оба нуклеотида соединены фосфо-ангидридным мостиком, НАД участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Наиболее важная биологическая, функция никотинамидных коферментов,(т. е. НАД), заключается в способности переносить электроны и протоны от окисляющихся субстратов к кислороду в процессе клеточного дыхания.

 В. НАД выполняет несколько важнейших функций в метаболизме. Он выступает как кофермент в окислительно-восстановительных реакциях, как обязательный кофактор (простетическая группа) ферментов (циклаз фосфорилированных углеводов, различных эпимераз.), как донор АДФ-рибозных остатков в реакциях АДФ-рибозилирования (одна из реакций посттрансляционной модификации белков), как предшественник циклической АДФ-рибозы, являющейся вторичным посредником, а также как субстрат для бактериальных ДНК-лигаз и группы ферментов — сиртуинов, которые используют НАД+ для удаления ацетильных групп с ферментов. Кроме этих метаболических функций, НАД+ может также выполнять важные функции вне клетки, так как он может выделяться из клетки спонтанно или в результате регулируемых процессов. также НАД Осуществляет перенос водорода. В метаболизме НАД задействован в окислительно-восстановительных реакциях, перенося электроны из одной реакции в другую. Таким образом, в клетках НАД находится в двух функциональных состояниях: его окисленная форма, НАД+, является окислителем и забирает электроны от другой молекулы, восстанавливаясь в НАДH, который далее служит восстановителем и отдаёт электроны. Такие реакции, сопряжённые с переносом электронов, являются основной сферой действия НАД. Однако НАД имеет и другие функции в клетке, в частности, он служит субстратом для ферментов, удаляющих или присоединяющих химические группы к белкам в ходе посттрансляционных модификаций.

никотинамидадениндинуклеотид - окисленный НАД⁺ и восстановленный НАДН.

Г. Оба фермента учавствуют в ЦТК (маладегидрогеназа катализирует 8 реакцию превращения яблочной кислоты,малата в ЩУК, изоцитратдегидрогеназа катализирует 3 реакцию превращения изоцитрата в α-кетоглутарат). Цикл трикарбоновых кислот – заключительный этап катаболизма, в котором углерод ацетильного остатка ацетил-Ко-А окисляется до двух молекул углекислого газа. Этот цикл является основой метаболизма и выполняет две важных функции:

- снабжения организма энергией (АТФ);

- интеграции всех главных метаболических потоков, как катаболических (биорасщепление), так и анаболических (биосинтез).

ЦТК представляет собой последовательность из восьми реакций, протекающих в матриксе митохондрий. В результате реакций в ЦТК восстанавливаются 3 молекулы НАД⁺ и молекула ФАД⁺ до НАДН + Н⁺ и ФАДН₂ и образуется одна молекула ГТФ (эквивалентна молекуле АТФ). НАДН + Н⁺ и ФАДН₂ несут протоны водорода в цепь переноса электронов, где за счет окислительного фосфорилирования образуется энергия. В общей сложности, в ЦТК и ЦПЭ образуется 12 молекул АТФ.

1. ЦТК - главный источник АТФ. Энергию для образования большого количества АТФ дает полный распад Ацетил-КоА до СО2 и Н2О.

2. ЦТК - это универсальный терминальный этап катаболизма веществ всех классов.

3. ЦТК играет важную роль в процессах анаболизма (промежуточные продукты ЦТК):

- из цитрата → синтез жирных кислот

- из aльфа-кетоглутарата и ЩУК → синтез аминокислот

- из ЩУК → синтез углеводов

- из сукцинил-КоА → синтез гема гемоглобина

Г. Коэффициент P/O равен отношению количества молекул неорганического фосфата (Н₃PО₄), перешедшего в АТФ, к количеству атомов потребленного кислорода (О₂). Т.к. донором водорода для дыхательной цепи в данных реакциях является молекула НАДН+Н⁺, то электроны от донора (НАДН+Н⁺) к акцептору (кислород) проходят 3 участка сопряжения окисления и фосфорилирования (I, III и IV ферментные комплексы дыхательной цепи). Таким образом, максимально может образоваться 3 молекулы АТФ (3АДФ + 3Н₃РО₄ → 3АТФ). Затрачивается 1 атом кислорода (2Н⁺ + О^2- → Н₂О). Значение коэффициента Р/О = 3/1 = 3.

41

А. С участием какого энзима и кофермента протекает данная реакция? Найдите по метаболической карте и опишите формулу витамина и кофермента, расшифруйте его название. Назовите изоферменты данного фермента, дайте им характеристику.

А. Почему портятся желтки?

Витамин А (ретинол)

Витамин D (кальциферол)

А. β -каротин

В. 7-дегидрохолестерин

А. Витамины А и D – жирорастворимые, они способны накапливаться в печени и жировой ткани организма. Их накопление в организме может вызвать расстройство обмена веществ;

витамины группы В – водорастворимые витамины, даже при избыточном поступлении в организм, быстро выводятся с мочой. Водорастворимые витамины обычно выступают в роли коферментов и простетических групп – таких молекул, которые непосредственно участвуют в работе ферментов.

функции витаминов группы B:

-нормализуют работу нервной и сердечно-сосудистой системы;

-улучшают работу кишечника, состояние кожи;

-поддерживают эмоциональное здоровье, помогают справляться со стрессами, депрессиями, повышенными эмоциональными нагрузками;

-участвуют в росте клеток, в энергообмене, в работе мышц;

-укрепляют иммунитет и увеличивают сопротивляемость организма различным заболеваниям.

Б. Витамин А (ретинол) циклический ненасыщенный, одноатомный спирт. Ретиноиды представляют собой β-иононовое кольцо с метильными заместителями и изопреновой цепью. В организме спиртовая группа ретинола окисляется в свои активные формы: альдегидную (ретиналь) или карбоксильную (ретиноевая кислота) группы

В организме ретинол превращается в ретиналь и ретиноевую кислоту.

1.Участвует в свето- и цветовосприятии: рецепторные клетки сетчатки глаза палочки и колбочки содержат зрительные пигменты, палочки – родопсин, реагирующие на сумеречное освещение, а колбочки – йодопсин, реагирующие на дневное освещение. Оба пигмента – сложные белки, отличающиеся своей белковой частью. В качестве кофермента они содержат 11-цис-ретиналь, альдегидное производное витамина А.

2.Ретиноевая кислота, подобно стероидным гормонам, взаимодействует с рецепторами в ядре-клеток мешеней. Образовавшийся комплекс связывается с определенными участками ДНК и стимулирует транскрипцию генов. Белки, образующиеся в результае стимуляции генов под влиянием ретиноевой кислоты, влияют на рост, дифференцировку, репродукцию и эмбриональное развитие.

3. Участвует в окислительно-восстановительных реакциях.

4. Участвует в синтезе гликопротеидов (компонентов мембран).

5. Антиоксидантная функция. Благодаря наличию двойных связей в изопреновой цепи витамин А способен осуществлять нейтрализацию свободных кислородных радикалов, но особенно явно эта функция проявляется у каротиноидов.

Источники: только в животных продуктах: печени крупного рогатого скота, яичном желтке, молочных продуктах, особенно богат витамином рыбий жир. В слизистой оболочке кишечника и клетках печени содержится специфический фермент каротиндиоксигеназа, превращающий каротиноиды в активную форму витамина А. суточная потребность: от 1 до 2,5 мг.

Витамины группы D (кальциферол)–группа химических родственных соединений, относящихся к производным стеринов. Наиболее биологически активны – D2 и  D3. Витамин D2 –эргокальциферол, производное эргостерина, растительного стероида. Витамин D3 –холекальциферол, образуется в оже у человека под действием УФ-лучей.

Пищевые источники: печень, дрожжи, жирномолочные продукты (сливочное масло, сливки, сметана), желток яиц (в основном витамин D2), рыбий жир, печень трески (витамин D3).

Витамин D3(холекальциферол) в организме гидроксилируется в положениях 25 и 1 (причем если гидроксилирование в 25-м положении осуществляется в печени, то этот процесс в 1-м положении протекает в почках) и превращается в биологически активное соединение 1,25-дигидроксихолекальциферол (кальцитриол) который выполняет гормональную функцию:

1. Увеличение концентрации кальция и фосфатов в плазме крови

Для этого кальцитриол в мишеневых клетках индуцирует синтез кальций-связывающего белка и компонентов Са2+-АТФазы и в результате:

увеличивает всасывание ионов Ca2+ в тонком кишечнике,

стимулирует реабсорбцию ионов Ca2+ и фосфат-ионов в проксимальных почечных канальцах.

2. Подавляет секрецию паратиреоидного гормона через повышение концентрации кальция в крови, но усиливает его эффект на реабсорбцию кальция в почках.

3. В костной ткани роль витамина D двояка:

стимулирует мобилизацию ионов Ca2+из костной ткани, так как способствует дифференцировке моноцитов и макрофагов в остеокласты, разрушению костного матрикса, снижению синтеза коллагена I типа остеобластами,

повышает минерализацию костного матрикса, так как увеличивает производство лимонной кислоты, образующей здесь нерастворимые соли с кальцием.

4. Участие в реакциях иммунитета, в частности в стимуляции легочных макрофагов и в выработке ими азотсодержащих свободных радикалов, губительных, в том числе, для микобактерий туберкулеза.

В. Провитамины— биохимические предшественники витаминов

β–каротин – предшественник витамина А. Известны 3 типа каротинов: α-, β- γ-каротины, отличающиеся друг от друга химическим строением и биологической активностью. Наибольшей биологической активностью обла-

дает β-каротин, поскольку он содержит два β-иононовых кольца и при распаде в организме из него образуются две молекулы витамина А. При окислительном распаде α- и γ-каротинов образуется только поодной молекуле витамина А, поскольку эти провитамины содержат поодному β-иононовому кольцу. Расщепление каротинов на молекулы витамина А происходит преимущественно в кишечнике под действием специфического фермента β-каротин-диоксигеназы (аналогичное превращение идет и в печени) в присутствии молекулярного кислорода. При этом образуются 2 молекулы ретиналя, которые под действием специфической кишечной редуктазы восстанавливаются в витамин А.

β-каротин содержится в растительных продуктах (морковь, томаты, перец и др.)

7–дегидрохолестерин – предшественник витамина D₃

Провитамин D₃ - 7-дегидрохолестерин, под действием УФ-лучей на кожу человека он способен превращаться в холекальциферол (витамин D₃). Из клеток кожи витамин D₃ в комплексе с белком поступает в печень, где происходит гидроксилирование по 25-му атому углерода с образованием кальцидиола (25-Гидроксихолекальциферол). Далее кальцидиол транспортируется в почки и гидроксилируется по 1-му углеродному атому с образованием кальцитриола (1,25-Дигидроксихолекальциферол). Это и есть активная форма витамина D₃.

Под действием УФ-лучей эргостерин через ряд промежуточных продуктов (люмистерин, тахистерин) превращается в витамин D2. Витамин D2 образуется из эргостерина в результате разрыва связи между 9-м и 10-м углеродными атомами кольца В под действием УФ-лучей.

50

А. Укажите эти витамины.

Известно, что в бурой жировой ткани имеются специфические белки (термогенины), которые могут разобщать дыхание и фосфорилирование, увеличивая тем самым производство тепла. При охлаждении из симпатических нервных окончаний в бурой ткани освобождается гормон, который выполняет двоякую функцию: во-первых, он активирует термогенины, а во-вторых, в адипоцитах он активирует гормоночувствительную триглицерид – липазу и стимулирует высвобождение жирных кислот. Выделение норадреналина стимулируется также тиреоидными гормонами, концентрация которых в крови повышается при охлаждении.

А. Жирные кислоты

Б. Аминокислоты

В. Термогенины

Г. Тироксин

Д. Норадреналин

Б. В настоящее время подобные вещества уже не применяются в качестве лекарственных препаратов, так как известны случаи, когда их применение приводило к смертельному исходу. Почему прием таких препаратов может привести к гибели?

А. 2,4-Динитрофенол (2,4-ДНФ или просто ДНФ) — нитропроизводное фенола, имеющее химическую формулу HOC6H3(NO2)2. В живых клетках ДНФ работает как протонный ионофор, который может переносить протоны (ядра атомов водорода) через биологические мембраны. 2,4-Динитрофенол протонируется в межмембранном пространстве, где концентрация протонов выше, и диффундирует через внутреннюю мембрану митохондрий в матрикс. В матриксе, где концентрация протонов ниже, 2,4-динитрофенол теряет протон, переходит в ионизированную форму и может возвращаться в межмембранное пространство. Таким образом, он снижает протонный градиент на мембранах митохондриий (и хлоропластов), уменьшая протон-движущую силу, которую клетка могла бы использовать для синтеза АТФ. Энергия протонного градиента, необходимая для синтеза АТФ, выделяется в виде тепла. Т.е. 2,4-динитрофенол является разобщающим фактором окислительного фосфорилирования. Протонный градиент, который он понижает, необходим для активации АТФ-синтетазы. Разобщение окислительного фосфорилирования способствует расходованию протонного потенциала в обход АТФ-синтетазы, т.е. транспорт электронов по дыхательной цепи происходит, а синтез АТФ становится невозможным, АДФ при этом увеличивается, возрастает скорость потребления О2, окисления НАДН2, ФАДН2, а образовавшаяся свободная энергия выделяется в виде теплоты.. Под влиянием разобщителей усиливается катаболизм и, прежде всего, липидов.

Разобщителями являются вещества, которые могут переносить протоны (протонофоры) или другие ионы (ионофоры) через мембрану минуя каналы АТФ-синтетазы. Как правило, разобщители — липофильные вещества, легко проходящие через мембраны.

Б. При разобщении снижается Р/О и наступает гипоэнергетическое состояние, т.е. уменьшается продукция АТФ.

Все живые клетки постоянно нуждаются в АТФ для осуществления различных видов жизнедеятельности.. Клетки мозга потребляют большое количество АТФ для синтеза нейромедиаторов, регенерации нервных клеток, поддержания необходимого градиента Na и K, для проведения нервного импульса, почки используют АТФ в процессе реабсорбции различных веществ при образовании мочи, в печени происходит синтез гликогена, жиров, белков и многих других соединений, в миокарде постоянно совершается механическая работа, необходимая для циркуляции крови, скелетные мышцы в покое потребляютнезначитеьлные количества АТФ, но при физ.нагрузке эти потребности возрастают. Запасов АТФ в клетках практически отсутствует. Для постояного синтеза АТФ клеткам необходим приток метаболитов как субстратов дыхания и кислорода как конечного акцептора электронов в реакциях окисления, сопряженных с синтезом АТФ. Дефицит АТФ приводит к понижению активности всех энергозависимых процессов клетки и организма в целом.

Состояния при которых АТФ снижен, объединяют термином «гипоэнергетические состояния».

Следует учитывать, что ДНФ является высокотоксичным соединением. Приём ДНФ внутрь приводит к увеличению уровня основного обмена, тошноте, рвоте, потливости, головокружению, головной боли и потере веса. Хроническое пероральное воздействие ДНФ может привести к образованию катаракты и поражений кожи, а также оказать негативное влияние на костный мозг, центральную нервную систему и сердечно-сосудистую систему.

59

В ЦТК сукцинил-КоА превращается в малат:

Активация ферментов ЦПЭ.

Печеночные гликогенозы

Самый частый гликогеноз I типа или болезнь фон Гирке (частота 1: 50000-100000 новорожденных) обусловлен аутосомно-рецессивным дефектом глюкозо-6-фосфатазы. Из-за того, что этот фермент есть только в печени и почках, преимущественно страдают эти органы, и болезнь носит еще одно название – гепаторенальный гликогеноз. Даже у новорожденных детей наблюдаются гепатомегалия и нефромегалия, обусловленные накоплением гликогена не только в цитоплазме, но и в ядрах клеток. Недостаточность глюкозо-6-фосфатазы (болезнь Гирке)

Недостаточность  фермента глюкозо-6-фосфатазы приводит к невозможности превращения глюкозо-6-фосфата в глюкозу, что сопровождается накоплением гликогена в печени и почках. Болезнь Гирке характеризуется генетически обусловленной почти полной неспособностью клеток продуцировать глюкозо-6-фосфатазу — ключевой фермент как гликогенолиза, так и глюконеогенеза. Болезнь наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Поступление глюкозы в организм с пищей, являющееся нормальным возмущающим процессом, в принципе дает возможность поддерживать в крови нормальный уровень глюкозы, однако для этого поступление пищи, содержащей глюкозу, должно быть практически непрерывным. В реальных условиях существования, то есть при отсутствии непрерывного поступления глюкозы, в здоровом организме депонируется и при необходимости используется гликоген, образующийся при ее полимеризации.

Первичное нарушение происходит на генетическом уровне. Оно состоит в полной или почти полной неспособности клеток продуцировать глюкозо-6-фосфатазу, обеспечивающую отщепление свободной глюкозы от глюкозо-6-фосфата. В результате этого гликогенолиз прерывается на уровне глюкозо-6-фосфата и дальше не идет (причинная связь 1-го порядка). Дефосфорилирование с участием глюкозо-6-фосфатазы является ключевой реакцией не только гликогенолиза, но и глюконеогенеза, который, таким образом, при болезни Гирке также прерывается на уровне глюкозо-6-фосфата (еще одна причинная связь 1-го порядка). Возникновение устойчивой гипогликемии, которая в реальных условиях неизбежна из-за непоступления в кровь глюкозы как конечного продукта гликогенолиза и глюконеогенеза (причинные связи 2-го порядка), в свою очередь приводит к постоянной повышенной секреции глюкагона как стимулятора гликогенолиза (причинная связь 3-го порядка). Глюкагон, однако, в условиях прерывания этого процесса способен лишь без пользы для организма непрерывно стимулировать его начальные стадии (причинная связь 4-го порядка).

Причинные связи 1-го порядка и оба патологических явления 1-го порядка свойственны только болезни Гирке. Гипогликемия как патологическое явление 2-го порядка отнюдь не свойственна только болезни Гирке. Поэтому для этой болезни неспецифичны и связанные с гипогликемией явления: устойчивая повышенная секреция глюкагона, устойчивое развитие начальных стадий гликогенолиза. К причинным связям 2-го порядка относятся и связи, вызывающие накопление в организме глюкозо-6-фосфата. Само по себе накопление этого вещества свойственно не только болезни Гирке. Совокупность же причинных связей 2-го порядка, обусловливающих одновременно и устойчивую гипогликемию, и накопление глюкозо-6-фосфата, свойственна только болезни Гирке.

Помимо уже указанной причинной связи 3-го порядка, имеются еще две аналогичные связи: связь, вызывающая устойчивое увеличение содержания в крови молочной кислоты, и связь, вызывающая необратимыйгликогенолиз. Повышение уровня молочной кислоты в крови не характерно только для болезни Гирке. Необратимый гликогенез также неспецифичен для болезни Гирке, он свойствен самым различным формам гликогенозов. Тем не менее совокупность всех патологических явлений, вызываемых причинными связями 3-го порядка, свойственна только болезни Гирке и никакой другой.

Лечение болезни Гирке

Терапия нацелена на компенсацию гипогликемии, устранение вторичных метаболических расстройств. При раннем начале лечения – в периоды новорожденности и младенчества – зачастую достаточно использования методов диетотерапии. При взрослении ребенка нарастает гиперурикемия и гиперлипопротеидемия, ухудшается функционирование почек, печени, что требует проведения медикаментозного лечения, а иногда – хирургического вмешательства. Полный комплекс терапевтических мероприятий включает:

Диетотерапия

Чтобы компенсировать неспособность ферментативной системы к высвобождению глюкозы, используется система диетического питания, которая обеспечивает непрерывность поступления глюкозы на протяжении 24 часов. В медицинской практике используются два метода, позволяющих снабжать организм углеводами круглосуточно:

•   Зондовое введение глюкозы. Вливание питательных растворов производится через назогастральный путь, реже – через гастростому. Режим процедур подбирается индивидуально. Большинству детей необходим